加工工藝對(duì)淀粉分子結(jié)構(gòu)及米制品品質(zhì)影響研究進(jìn)展

余以，高德，張萍

1(浙江大學(xué) 生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州，310058) 2(浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院，浙江 寧波，315000)

水稻是世界上主要的糧食作物之一，以米飯為主食的人口占世界人口的一半左右[1]。大米除了蒸煮成米飯食用外，還可以制成形式多樣的米制食品。國內(nèi)常見的米制品有米線、米糕、年糕、糍粑、湯圓、粽子等。由于大米的低致敏性[2]，它也是國外無麩質(zhì)食品如米面包、米意面等的生產(chǎn)原料。

不同品種大米的烹飪和加工一直是谷物研究的重點(diǎn)。米制品的加工過程主要包括清洗、浸泡、磨粉、蒸煮、成型和冷卻。不同加工工藝對(duì)米制品的硬度、黏性、彈性等感官特性有顯著影響。但目前從分子結(jié)構(gòu)層面研究加工對(duì)米及米制品品質(zhì)的影響較少。了解淀粉結(jié)構(gòu)與大米感官特性之間的關(guān)系，理解加工對(duì)大米中各種組分結(jié)構(gòu)的改變以及相互作用，對(duì)滿足消費(fèi)者不同感官偏好的需求具有重要價(jià)值。因此本文主要綜述了大米及米制品加工工藝對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)、米制品品質(zhì)的影響，即建立加工工藝-分子結(jié)構(gòu)-感官特性之間的關(guān)系，為改變米及米制品的感官特性提供理論基礎(chǔ)。

1 淀粉的多尺度結(jié)構(gòu)

淀粉是大米的主要成分(>80%，干重)，也是決定米及米制品品質(zhì)的重要因素。淀粉結(jié)構(gòu)至少可以分為5個(gè)水平[3]。線性長(zhǎng)支鏈為淀粉結(jié)構(gòu)的一級(jí)水平。由α-(1→6)糖苷鍵鏈接支鏈與主鏈形成的淀粉大分子鏈為二級(jí)水平，包括直鏈淀粉大分子及支鏈淀粉大分子；直鏈淀粉(amylose, AM)大多是線性大分子，支鏈淀粉(amylopectin, AP)則高度支化。AP的長(zhǎng)支鏈在分子外部形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，構(gòu)成結(jié)晶片層，支化點(diǎn)及主鏈在內(nèi)部形成非晶區(qū)；交替的結(jié)晶與非晶片層形成淀粉結(jié)構(gòu)的三級(jí)水平。結(jié)晶與非晶交替形成的半結(jié)晶增長(zhǎng)環(huán)為淀粉結(jié)構(gòu)的四級(jí)水平。淀粉顆粒為淀粉結(jié)構(gòu)的五級(jí)水平。AM呈無定形或單螺旋構(gòu)象，分布在AP中。不同來源的淀粉具有不同的直鏈淀粉含量、分子量分布以及鏈結(jié)構(gòu)，這都可能影響它們的熱性能、糊化過程和其他性質(zhì)[4-5]。

目前用于分析淀粉分子結(jié)構(gòu)的技術(shù)主要有熒光輔助碳水化合物電泳(fluorophore-assisted carbohydrate electrophoresis, FACE)，尺寸排阻色譜(size exclusion chromatography, SEC)和高效離子交換色譜等。FACE是確定AP鏈長(zhǎng)分布(chain length distribution, CLD)的最佳方法，但無法定量檢測(cè)高聚合度(degree of polymerization, DP)(>180)的鏈。因此，F(xiàn)ACE僅提供有關(guān)AP支鏈和最短AM鏈的信息。SEC采用Mark-Houwink方程建立了分子尺寸與DP的關(guān)系，可用于AM結(jié)構(gòu)的測(cè)量，但存在譜帶增寬，校準(zhǔn)等問題。

對(duì)于樣品處理，完全溶解而不降解，并除去非淀粉組分是精確表征淀粉分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。常用的研磨方法(干磨和濕磨)會(huì)破壞淀粉結(jié)構(gòu)。SYAHARIZA等[6]提出了1種測(cè)量大米淀粉分子結(jié)構(gòu)的新方法，即稻米在低溫研磨后，在DMSO/LiBr中溶解提取淀粉，通過SEC得到淀粉分子尺寸分布。得到的淀粉經(jīng)脫支處理后還可以測(cè)定AP的CLD。這種方法能最大限度地減少提取和溶解步驟中淀粉損失和降解的假象，更準(zhǔn)確地分析谷物樣品中的淀粉結(jié)構(gòu)，為解釋結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系提供了更好的技術(shù)手段。

2 淀粉的分子結(jié)構(gòu)對(duì)米飯品質(zhì)的影響

硬度和黏性是米飯質(zhì)構(gòu)最重要的2個(gè)參數(shù)。高直鏈淀粉含量大米烹飪的米飯通常具有更硬且不黏的質(zhì)地，但有研究發(fā)現(xiàn)具有相似直鏈淀粉含量的大米也會(huì)呈現(xiàn)不同的質(zhì)地特點(diǎn)。LI等[7]對(duì)比了18種大米的直鏈淀粉含量和AP的CLD發(fā)現(xiàn)，直鏈淀粉含量越高，AP中長(zhǎng)支鏈(DP為70～100)數(shù)量越多的大米，在烹飪過程中有更硬且不黏稠的性質(zhì)。除了AP的CLD，AM的結(jié)構(gòu)對(duì)米飯品質(zhì)也有顯著影響。LI等[8]發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)矸劬哂邢嗨频闹辨湹矸酆繒r(shí)，AM的分子尺寸與硬度呈負(fù)相關(guān)，DP在100～2 000的AM鏈數(shù)量與硬度呈正相關(guān)，尤其是當(dāng)DP在1 000～2 000的AM鏈數(shù)量越多時(shí)，烹飪的米飯具有更硬的質(zhì)地。但這些參數(shù)與黏性之間沒有顯著相關(guān)性。

學(xué)者將淀粉結(jié)構(gòu)對(duì)米飯質(zhì)構(gòu)影響的機(jī)理歸因?yàn)榇竺自谂腼冞^程中淀粉的較長(zhǎng)鏈限制或減緩了谷物的膨脹。同時(shí)具有較小AM分子尺寸和較高比例AM短鏈的大米可能在烹飪過程中與AP纏結(jié)或共結(jié)晶，限制了淀粉的膨脹從而導(dǎo)致了較硬的質(zhì)地。有限的膨脹可能進(jìn)一步影響淀粉的浸出，導(dǎo)致米飯表面的浸出物含有更少的AP，且浸出的AP分子尺寸更小，鏈長(zhǎng)更短，使米粒間的黏性降低[9]。這一機(jī)理可以解釋不同烹飪方法對(duì)米飯質(zhì)地的影響。LI等[10]研究了普通蒸煮米飯和高壓蒸煮米飯的質(zhì)地區(qū)別。通過對(duì)比米粒和表面浸出物的淀粉分子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)2種烹飪方法均不會(huì)影響米粒表面浸出淀粉的分子結(jié)構(gòu)。但是高壓蒸煮增加了米飯表面浸出的AP含量，導(dǎo)致米飯?jiān)谌|(zhì)構(gòu)測(cè)試中具有更高的黏性。而日常洗米的過程造成的表面淀粉損失不會(huì)對(duì)米飯的質(zhì)地產(chǎn)生顯著影響[11]。

不同大米的性質(zhì)差異也反映在糊化特性上。一般認(rèn)為具有較低直鏈淀粉含量的淀粉在快速黏度分析譜(rapid visco analyzer, RVA)中具有更高的峰值黏度(peak viscosity, PV)和谷值黏度(trough viscosity, TV)。同樣，單獨(dú)使用直鏈淀粉含量不足以解釋糊化特性的情況。因?yàn)榫哂邢嗨苹虻椭辨湹矸酆康牡矸?，可能有截然不同的RVA。TAO等[12]發(fā)現(xiàn)，對(duì)于AP，分子尺寸越大，PV和TV越低；對(duì)于AM，長(zhǎng)鏈含量越多，PV和TV越低。推測(cè)具有更大分子尺寸的AP之間更容易相互纏結(jié)，而更多長(zhǎng)鏈AM涉及更多的簇，能與更多的AP結(jié)合。這些結(jié)構(gòu)有助于保持淀粉顆粒完整，限制淀粉膨脹，降低保水和顆粒溶脹能力，最終降低PV和TV。說明淀粉的分子尺寸和CLD影響或決定了淀粉的糊化性質(zhì)。

消化性也是米飯的重要品質(zhì)之一。一般含有更高緩慢消化淀粉(slowly digestible starch, SDS)的大米，可以使餐后血糖水平和持續(xù)血糖水平緩慢升高，更有利于身心健康。早期研究認(rèn)為較高直鏈淀粉含量的大米具有更慢的水解速率[13]，但近期發(fā)現(xiàn)不一致的報(bào)道。例如，KAUR等[14]發(fā)現(xiàn)4種直鏈淀粉含量范圍較窄(30.6%～33.9%)的扁豆淀粉樣品的快速消化淀粉(rapid degsted starch, RDS)與直鏈淀粉含量呈正相關(guān)。而ZHU等[15]發(fā)現(xiàn)四種直鏈淀粉含量為1.7%～55%的水稻樣品的RDS與直鏈淀粉含量幾乎沒有相關(guān)性。通過對(duì)淀粉分子結(jié)構(gòu)進(jìn)一步研究，學(xué)者發(fā)現(xiàn)淀粉的消化性同樣需要考慮AP精細(xì)結(jié)構(gòu)。BENMOUSSA等[16]分析了12種水稻的AP結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)快速消化淀粉(RDS)含量與AP支鏈中的fa鏈(DP 6～12)比例呈正相關(guān)，與fb1鏈(DP 13～24)的比例呈負(fù)相關(guān)。相反，SDS和抗性淀粉(resistant starch, RS)含量與fa鏈的比例呈負(fù)相關(guān)，與fb1鏈的比例呈正相關(guān)。YOU等[17]也發(fā)現(xiàn)較低比例的fb3(DP≥37)和較高比例的fa鏈有助于提高RDS含量。而KONG等[18]發(fā)現(xiàn)RDS與AP總的短鏈含量呈正相關(guān)，但沒有觀察到AP的各個(gè)鏈長(zhǎng)分布(fa、fb1、fb2、fb3)與RDS之間有顯著相關(guān)性。可能需要進(jìn)一步考慮直鏈淀粉含量和AP分子結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同影響，并進(jìn)行大量樣本驗(yàn)證。ALHAMBRA等[1]通過監(jiān)測(cè)淀粉消化過程中結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈AM有助于降低消化率，并在新鮮米飯中優(yōu)先被消化。但是通過一定時(shí)間的老化，這些長(zhǎng)鏈AM參與形成了更穩(wěn)定的雙螺旋和更強(qiáng)的微晶結(jié)構(gòu)，變得更耐消化，導(dǎo)致水解酶優(yōu)先消化DP為6～36的AP短支鏈。

綜上，進(jìn)一步深入研究淀粉分子結(jié)構(gòu)與米飯質(zhì)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)等食用品質(zhì)的關(guān)系，有助于建立淀粉分子結(jié)構(gòu)-米飯品質(zhì)的影響關(guān)系，對(duì)水稻育種和開發(fā)市場(chǎng)需求的稻米也十分重要。

3 研磨對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)及米制品品質(zhì)的影響

3.1 研磨對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響

谷物研磨成粉符合工業(yè)化生產(chǎn)要求，是谷物加工的重要環(huán)節(jié)。研磨，按加水量的不同可分為干磨、半干磨和濕磨；按方式可分為錘磨、球磨、低溫磨等。不同磨粉方式、程度得到的米粉性質(zhì)有很大差異[19]。關(guān)于研磨對(duì)淀粉性質(zhì)的影響已經(jīng)有大量報(bào)道。張玉榮等[20]綜述了谷物磨粉工藝對(duì)淀粉的特性影響，指出研磨造成的米粉粒徑及受損淀粉含量均會(huì)影響淀粉的膨潤(rùn)性和糊化行為，進(jìn)而影響產(chǎn)品的質(zhì)地、流變性質(zhì)等。

目前關(guān)于研磨對(duì)大米淀粉分子結(jié)構(gòu)影響的報(bào)道較少。TRAN等[21]從粒徑，受損淀粉，淀粉分子尺寸和分子支化結(jié)構(gòu)4個(gè)水平描述了錘磨和低溫研磨對(duì)米粉結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)錘磨對(duì)淀粉顆粒和淀粉結(jié)構(gòu)都造成了更大的破壞。其中，從SEC得到的支化淀粉分子的尺寸分布中可以清楚地觀察到AP的降解，而脫支后淀粉的尺寸分布沒有顯著差異。說明錘磨造成的AP降解可能發(fā)生在無定形區(qū)的α-(1→6)糖苷鍵上，也可能由于斷裂的支鏈數(shù)量遠(yuǎn)低于總鏈數(shù)量。同時(shí)，在脫支后淀粉的尺寸分布中發(fā)現(xiàn)錘磨米粉DP>10 000的AM長(zhǎng)鏈減少，說明錘磨過程中AM也發(fā)生了降解。這與先前關(guān)于球磨處理小麥淀粉的報(bào)道一致，即研磨過程更容易切割較長(zhǎng)的分枝[22]。低溫研磨后淀粉的降解情況并不明顯，可能是低溫增加了大米的脆性，從而在研磨過程中增加斷裂的可能，減少了破壞谷物和減小粒度所需要的能量，使由機(jī)械力引起的降解比在環(huán)境溫度下的降解少。但低溫研磨對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)破壞仍可以觀察到。DHITAL等[23]報(bào)道了玉米淀粉和馬鈴薯在低溫研磨后，支化淀粉分子的尺寸分布發(fā)生了相對(duì)較小但顯著的變化。具有較高AP含量的淀粉發(fā)生了更多AP的降解，且從脫支淀粉的尺寸分布變化中推測(cè)，AP的降解發(fā)生在分子內(nèi)部的較長(zhǎng)支鏈上,而AM的長(zhǎng)支鏈在研磨前后具有相似的尺寸分布，說明AM的支鏈僅發(fā)生有限降解。

首先，應(yīng)該通過內(nèi)部培養(yǎng)與外部引進(jìn)的方式對(duì)管理人員進(jìn)行信息化素質(zhì)與水平提高。內(nèi)部培養(yǎng)可以通過舉辦相關(guān)主題的信息化管理培訓(xùn)與活動(dòng)，促進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人信息化意識(shí)的提高，通過了解掌握使現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人能夠發(fā)覺信息化管理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與長(zhǎng)處。另外，通過外部引進(jìn)的方式。加大對(duì)相關(guān)信息化技術(shù)管理人才的引入，在進(jìn)行人事招聘時(shí)注重對(duì)信息化技術(shù)管理人的吸引度，使其可以獻(xiàn)身于建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)事業(yè)，為日后的工程安全與穩(wěn)定打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。以上對(duì)建筑工程管理人員的素質(zhì)主要是針對(duì)當(dāng)前存在的一些較嚴(yán)重的現(xiàn)象提出的，對(duì)于建筑工程管理人員素質(zhì)的要求遠(yuǎn)不止這些，要想建立一支高素質(zhì)的建筑管理人員隊(duì)伍在中國仍然任重而道遠(yuǎn)。

研磨后，米粉的糊化性質(zhì)發(fā)生了變化，但其受分子結(jié)構(gòu)的降解影響較小。HASJIM等[24]分析了錘磨和低溫研磨米粉在差示掃描量熱分析(differential scanning calorimetry, DSC)和RVA中的糊化性質(zhì)差異。研究發(fā)現(xiàn)錘磨后的米粉糊化焓(ΔH)與3種水平的淀粉結(jié)構(gòu)(除2級(jí))間存在顯著相關(guān)性。這是由于ΔH是天然淀粉顆粒中的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為無定形結(jié)構(gòu)所需的能量，而研磨過程引起了淀粉晶體結(jié)構(gòu)的降解。米粉的DSC中峰值溫度和最終溫度與米粉粒度呈顯著正相關(guān)，與淀粉分子結(jié)構(gòu)變化無關(guān)。DHITAL等[23]發(fā)現(xiàn)相似的結(jié)果，推測(cè)糊化性質(zhì)可能與分子的結(jié)構(gòu)特征(如AP簇)有關(guān)。在RVA中，發(fā)現(xiàn)最終黏度與淀粉損傷顯著相關(guān)，而與分子結(jié)構(gòu)變化無關(guān)。另一方面，HASJIM等[25]還對(duì)比了2種米粉的溶解度和膨脹性差異。研究發(fā)現(xiàn)淀粉的冷水和熱水溶解度與淀粉損傷顯著相關(guān)，而與米粉的粒徑和分子結(jié)構(gòu)的變化無關(guān)。說明溶解度改變的機(jī)制可能是淀粉損傷的增加造成淀粉顆粒內(nèi)部暴露，從而允許更多的淀粉分子浸出。此外，米粉的冷水膨脹也與淀粉損傷密切相關(guān)，可能是由于受損淀粉顆粒的快速水化導(dǎo)致。

此外，研磨也是一種綠色的淀粉改性手段，并可以通過模型預(yù)測(cè)生產(chǎn)不同粒徑的淀粉所需要的能量。GONZLEZ等[26]報(bào)道了通過計(jì)算球磨的研磨能量改善大米淀粉物理化學(xué)性質(zhì)的潛力。研磨能量對(duì)粒徑減小的影響可以通過廣義Holmes模型預(yù)測(cè)。隨著研磨能量的增加，粒徑、結(jié)晶度和ΔH降低。

因此，不同來源的淀粉分子在不同研磨方法下存在不同的降解機(jī)理，這與后文中擠壓淀粉的分子降解情況相似。而研磨雖然造成了淀粉分子結(jié)構(gòu)的差異，但是米粉粒度和淀粉損傷對(duì)糊化性質(zhì)的影響更大。

3.2 研磨對(duì)米制品品質(zhì)的影響

研磨對(duì)米制品品質(zhì)的研究主要集中于米粉粒度分布和淀粉損傷的影響。KIM等[27]研究了4種不同粒徑的米粉制作的米蛋糕品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)用較小粒徑的米粉制備的蛋糕硬度更低，彈性和內(nèi)聚性更高，同時(shí)蛋糕內(nèi)部形成的氣泡尺寸更小、更均勻。對(duì)于米面包而言，大粒徑的粗米粉制得的米面包具有更好的比容，因?yàn)樾☆w粒淀粉形成弱的面團(tuán)結(jié)構(gòu)，可能無法保留發(fā)酵過程中釋放的氣體，從而得到的米面包體積較小。基于人們對(duì)米面包松軟，并帶有一定彈性的感官需求，較大粒徑的粗米粉(132～200 μm)更適合米面包的開發(fā)[28]。除了粒徑，淀粉損傷也顯著影響米面包、米面條、米發(fā)糕[29]等的品質(zhì)。WU等[30]采用濕磨、旋風(fēng)研磨和超細(xì)研磨得到了3種米粉，并制成了米面包。研究發(fā)現(xiàn)由高淀粉損傷的米粉制作的面包具有更低的比容和更高的硬度。高淀粉損傷的米面包內(nèi)部還觀察到不均勻的氣孔且內(nèi)部孔的數(shù)量和尺寸更小。因此，具有低淀粉損傷和較高淀粉顆粒完整性的濕磨米粉更適合制作米面包。TONG等[31]將濕磨、干磨和半干磨法得到的3種米粉制成了米線。研究發(fā)現(xiàn)干磨米粉具有最高的淀粉損傷。與濕磨相比，干磨米粉制作的米線在硬度、咀嚼性和回彈性上都顯著降低，且蒸煮損失嚴(yán)重。

已知淀粉粒度和淀粉損傷顯著影響淀粉糊化性質(zhì)，對(duì)米面包、米蛋糕等品質(zhì)有決定性的影響，而研磨導(dǎo)致的分子結(jié)構(gòu)的變化對(duì)食品品質(zhì)的影響不明確。研磨造成了淀粉分子不同程度的降解，但這種降解對(duì)米粉的溶解性、糊化性質(zhì)等影響并不顯著。此外，研磨造成的淀粉分子結(jié)構(gòu)變化，可能影響米制品的老化，呂哲娟[32]發(fā)現(xiàn)經(jīng)發(fā)酵后的大米制得的年糕具有相對(duì)遲緩的老化，但目前還鮮有相關(guān)研究證實(shí)研磨造成的淀粉分子結(jié)構(gòu)的變化對(duì)米制品老化的影響。

4 螺桿擠壓對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)及米制品品質(zhì)的影響

擠壓包含了混合、加熱、捏合、剪切、成型等一系列復(fù)雜的操作。它作為一種多功能的加工技術(shù)，既可以應(yīng)用于淀粉、蛋白改性，也可直接用于谷物早餐、米粉、面條、擠壓米等食品的生產(chǎn)。通過控制擠出條件，螺桿擠壓技術(shù)可以生產(chǎn)特定需求的谷物產(chǎn)品，使其在全世界范圍都有廣泛的應(yīng)用。

4.1 螺桿擠壓對(duì)淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響

天然淀粉具有一些限制，如在一些情況下糊化后水溶性低和回生[33]。為了克服這些缺點(diǎn)，對(duì)淀粉進(jìn)行物理、化學(xué)或酶促修飾是必需的[34]。擠壓是一種常用的淀粉改性手段。通過擠壓，可對(duì)濕潤(rùn)的可膨脹淀粉進(jìn)行物理改性，得到預(yù)膠化淀粉。預(yù)膠化淀粉是一種具有冷水膨脹能力和理想的糊化性質(zhì)的物理改性淀粉[35]。許多文獻(xiàn)報(bào)道了改性淀粉在擠出過程中精細(xì)結(jié)構(gòu)被破壞。

LIU等[36]較早以玉米淀粉為例詳細(xì)解釋了淀粉經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)加工后的降解機(jī)理。后續(xù)研究證明該降解機(jī)理適用于大米淀粉等多種淀粉的降解。研究發(fā)現(xiàn)與研磨過程相似，經(jīng)螺桿擠出后淀粉的AP發(fā)生明顯的降解。在擠出過程中，尺寸更大的支鏈分子優(yōu)先被切割，更高支化密度和短支鏈的AP由于具有更低的韌性而有更高的剪切降解敏感性。淀粉分子的斷裂點(diǎn)優(yōu)先發(fā)生在靠近主鏈的位置(分子中心位置)的分支點(diǎn)處(α-(1→6)糖苷鍵)。隨著降解進(jìn)行，分子尺寸分布范圍不斷變窄，直到收斂至最大穩(wěn)定尺寸。這種最大穩(wěn)定尺寸可能受到直鏈淀粉含量影響，較高直鏈淀粉含量的淀粉具有較小的最大穩(wěn)定尺寸，AM的一些較長(zhǎng)鏈將優(yōu)先斷裂，但各個(gè)分支不會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的剪切斷裂。

不同植物來源淀粉的結(jié)構(gòu)差異決定了淀粉不同的降解結(jié)果。ROMN等[37]對(duì)比了擠壓后玉米、小麥和大米淀粉的降解和凝膠強(qiáng)度變化情況。所有樣品的AP分子尺寸均發(fā)生明顯減小，且初始分子尺寸更大的小麥淀粉降解更明顯。同時(shí)僅在小麥和玉米淀粉中觀察到AM的分子尺寸發(fā)生了較小但顯著地降低。AM的降解導(dǎo)致AM-AM相互作用減少，雖然AP擠出后具有較小尺寸，分子間的相互作用增加，但這種增加會(huì)被AM-AM間相互作用的減弱而削弱或掩蓋，在宏觀上導(dǎo)致淀粉凝膠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低。大米淀粉的AM幾乎沒有發(fā)生顯著降解，但凝膠強(qiáng)度仍降低?？赡苁谴竺椎矸壑蠥P發(fā)生了更大程度降解，以至于能與AM共洗脫，這導(dǎo)致分子間相互作用降低。同時(shí)大米淀粉AP的長(zhǎng)支鏈含量相對(duì)較低，回生能力較弱。擠壓后3種淀粉凝膠在儲(chǔ)存過程中硬化速率降低，說明淀粉回生有效減緩。

LIU等[38]研究了相同結(jié)構(gòu)，不同水分含量(30%～70%)的大米淀粉經(jīng)擠壓蒸煮后的降解和糊化性質(zhì)。與天然淀粉相比，高水分含量的大米淀粉中AP的降解程度更大。擠壓后AP鏈長(zhǎng)分布沒有顯著差異，說明分子降解主要發(fā)生在分支點(diǎn)附近。不同淀粉的糊化性質(zhì)也存在顯著性差異。隨著水分含量的增加，PV和TV均降低。推測(cè)因?yàn)樵诟咚窒赂男院蟮牡矸劬哂懈吆?，使淀粉具有更低的溶脹；而更小分子尺寸能促進(jìn)相互作用和網(wǎng)絡(luò)形成，從而導(dǎo)致更低的黏度。所有樣品的回生值顯著降低，可能是因?yàn)榻到獾姆肿幼璧KAM重排，從而延緩回生。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[39]，經(jīng)擠壓蒸煮處理后的淀粉雖然短期回生受到了抑制，但長(zhǎng)期回生加速。當(dāng)?shù)矸劢到庠蕉?，短期回生的程度越小，長(zhǎng)期回生越多。降解的AP在短期降低了凝膠水分流動(dòng)性，延緩了更具彈性的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成，有效抑制淀粉凝膠回生。而較小尺寸AP具有較小的空間位阻，這有助于AP鏈的重新結(jié)合形成雙螺旋和微晶，加速長(zhǎng)期回生。根據(jù)這一性質(zhì)，通過擠壓蒸煮技術(shù)得到的預(yù)糊化改性淀粉不僅可以添加到方便米飯、米粉或米糕中，使得食品在烹飪后的幾個(gè)小時(shí)仍保持較好的口感，還可以用于制備具有緩慢消化特點(diǎn)的淀粉類食品。

淀粉在擠壓過程中受到機(jī)械能與熱能的共同作用。LI等[3]指出機(jī)械能在降低淀粉分子大小和淀粉結(jié)晶度方面起主導(dǎo)作用；剪切中的熱能可能使淀粉凝膠化，一定程度上導(dǎo)致淀粉結(jié)晶和顆粒結(jié)構(gòu)的損失，但在分子水平上不會(huì)顯著改變淀粉結(jié)構(gòu)。

總的來說，淀粉在擠出過程中具有相似的降解機(jī)理。即更大分子尺寸的AP首先被降解，而AM發(fā)生少量的降解或幾乎不降解。切割的位置多發(fā)生在主鏈的分支點(diǎn)，這與錘磨不同，但最終淀粉尺寸都會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的水平。不同來源的淀粉在直鏈淀粉含量和AP的支化結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別，使淀粉在相似降解機(jī)理下有不同的降解程度。淀粉自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相應(yīng)程度的降解造成擠壓后淀粉的不同性質(zhì)特點(diǎn)，如分子間連接區(qū)的密度和穩(wěn)定性影響了淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的機(jī)械性質(zhì)和糊化性質(zhì)。理解這種變化機(jī)理，有助于進(jìn)一步改善含淀粉食品的物理和感官品質(zhì)。

4.2 螺桿擠壓對(duì)米制品品質(zhì)的影響

螺桿擠壓工藝可以應(yīng)用于許多谷物食品的開發(fā)，本節(jié)將主要介紹使用螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)的米制無麩質(zhì)意面、擠壓米、米線等非膨化米制品的研究進(jìn)展。

螺桿擠壓涉及擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速等許多參數(shù)設(shè)置。通過調(diào)整這些參數(shù)，可以得到較好感官得分的米制品。已有眾多文獻(xiàn)對(duì)米意面、米線[40]、重組米[41]等米制品的最佳擠壓條件進(jìn)行了報(bào)道，并詳細(xì)分析了這些條件的改變對(duì)米制品質(zhì)地的影響。WANG等[42]報(bào)道了擠壓溫度和螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)糙米意面品質(zhì)的影響。研究指出溫度和轉(zhuǎn)速的增加，提高了淀粉網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，增加了硬度和黏性，降低了蒸煮損失和吸水率。通常大量的小孔和裂縫可以增加烹飪過程中的吸水，說明更大程度地?cái)D壓會(huì)使面食的結(jié)構(gòu)更加緊密[43]。同時(shí)較好的蒸煮品質(zhì)也可能歸因于新結(jié)構(gòu)的形成，例如回生AM，直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物[44]等。這些結(jié)構(gòu)有利于面食產(chǎn)品的穩(wěn)定性，限制淀粉的溶解和水合作用的發(fā)生[45]。更高硬度和黏性的淀粉，可能由于較強(qiáng)的擠壓作用增加了淀粉糊化程度，促進(jìn)了新結(jié)構(gòu)的形成，從而限制了烹飪過程中淀粉的膨脹。這與淀粉精細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)米飯質(zhì)地的影響有相似的原理。

MARTI等[46]對(duì)比了常規(guī)擠壓與擠壓蒸煮生產(chǎn)的2種米意面在熱力學(xué)性質(zhì)上的差異。DSC數(shù)據(jù)顯示擠壓蒸煮后的意面具有更高的糊化溫度和較小的ΔH。較高的糊化溫度使得產(chǎn)品在加熱期間更穩(wěn)定，面食中的強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)解釋了較低的蒸煮損失；ΔH表明擠壓蒸煮意面的結(jié)晶度低于常規(guī)擠壓，說明了淀粉網(wǎng)絡(luò)存在差異。在消化性上，擠壓蒸煮面食對(duì)應(yīng)了更高的抗性淀粉含量。李源[47]通過使用紅外光譜和x射線衍射2種手段對(duì)各個(gè)加工階段的米線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)包含磨漿和擠壓在內(nèi)的一系列加工過程中，米粉絲沒有形成明顯的新化學(xué)鍵或基團(tuán)，原有的基團(tuán)也沒有消失。

目前直接從淀粉分子結(jié)構(gòu)解釋食品品質(zhì)變化的研究較少。BARBIROLI等[48]對(duì)比了常規(guī)擠壓與擠壓蒸煮生產(chǎn)的2種米意面在α-淀粉酶和AP酶下的水解情況，進(jìn)一步提供了淀粉分子結(jié)構(gòu)的差異信息。經(jīng)α-淀粉酶處理后的擠壓蒸煮意面釋放的葡萄糖量比普通擠壓更低。有許多研究報(bào)道了直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物形成，淀粉-蛋白相互作用等對(duì)淀粉水解速率的影響[49]。淀粉在加工過程中的其他結(jié)構(gòu)變化，包括結(jié)晶區(qū)的變化，可能導(dǎo)致淀粉在冷卻重結(jié)晶中形成新的結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)，并影響酶的敏感性。通過AP酶處理的擠壓蒸煮意面釋放了更低的可溶性物質(zhì)，說明不同加工方式導(dǎo)致了AP結(jié)構(gòu)差異，可能潛在影響了面食的品質(zhì)。除了淀粉結(jié)構(gòu)的差異，2種面食在可溶性蛋白質(zhì)的量和SH基團(tuán)的量也有顯著差異。淀粉加工過程中的糊化回生過程可能導(dǎo)致蛋白陷入淀粉結(jié)構(gòu)中[50]，暗示了樣品中淀粉的結(jié)構(gòu)差異。從SH基團(tuán)的數(shù)量看，擠壓蒸煮面食較普通面食的含量更低，說明擠壓蒸煮對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)重排的影響比常規(guī)擠出更為顯著。

CHANVRIER等[51]研究了不同擠壓條件下，大米的淀粉結(jié)構(gòu)和蛋白結(jié)構(gòu)的變化。研究指出擠出米的AP幾乎降解至相對(duì)穩(wěn)定的尺寸，在較高水分含量下擠出米粒的AP更少發(fā)生降解，且形成更多的蛋白聚集體。這種淀粉-蛋白形態(tài)的改變可能限制了擠出米的膨脹，使其具有更硬的質(zhì)地。雖然淀粉是大米最主要的成分，但米制品成品中淀粉經(jīng)降解后的分子尺寸分布的變化范圍窄，單一的從淀粉分子結(jié)構(gòu)的變化解釋米制品品質(zhì)的變化較為困難。同時(shí)米制品中的其他組分如蛋白作為分散相在加工中的分子量變化范圍更寬，其在連續(xù)淀粉相中的分配情況更有利于解釋擠壓米的質(zhì)地，例如細(xì)密和均勻的淀粉-蛋白形態(tài)增加了淀粉和蛋白質(zhì)之間的相互作用且能降低脆性。此外脂質(zhì)在擠出蒸煮中充當(dāng)增塑劑或乳化劑并為擠出物提供合適的質(zhì)地和黏性。直鏈淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物形成也極大影響了擠出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)地[52]。LARROSA等[53]通過調(diào)整水分和添加雞蛋蛋白的方式得到了更高品質(zhì)的米意面。許多研究也集中于開發(fā)添加生物功能組分的具有更高食品品質(zhì)和更好高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的米制品。因此，還需要更多的研究闡明加工過程中食品多種成分相互作用對(duì)品質(zhì)影響的機(jī)理。

基于上述研究，可以證實(shí)通過擠壓蒸煮生產(chǎn)的米制品，淀粉和蛋白的結(jié)構(gòu)都發(fā)生了改變，但是這種改變對(duì)食品品質(zhì)的影響和關(guān)聯(lián)還沒有明確的結(jié)論。

5 總結(jié)與展望

本文從淀粉分子結(jié)構(gòu)的角度，綜述了淀粉結(jié)構(gòu)對(duì)米飯黏性、硬度及淀粉糊化等性能的影響，研磨和擠壓這2種常用加工工藝對(duì)米及米制品品質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)淀粉的精細(xì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈影響米飯的質(zhì)地和營(yíng)養(yǎng)特性。研磨和擠壓均會(huì)破壞淀粉的分子結(jié)構(gòu)，造成AP和AM的降解。這種降解一定程度改變了淀粉的糊化性質(zhì)和凝膠強(qiáng)度。從宏觀上看，經(jīng)過濕磨、低溫研磨等方法得到的淀粉具有較低淀粉損傷，制得的米制品有更高的感官得分。經(jīng)過擠壓蒸煮后得到的米制品有更低的蒸煮損失，更好的硬度和黏度等感官指標(biāo)。綜上可知，從分子層面解釋烹飪方法、加工方式對(duì)食品品質(zhì)的影響，為提高食品品質(zhì)提供了新的理論基礎(chǔ)。在以后的研究中，需進(jìn)一步理解加工過程中淀粉、蛋白質(zhì)等不同分子之間結(jié)構(gòu)的變化及相互作用，建立加工工藝、分子結(jié)構(gòu)及食品品質(zhì)之間的關(guān)系，為改良食品加工工藝，也為后續(xù)開發(fā)各類具有功能性成分的新型米制品提供理論支持。